Onderzoekers van het Center of Excellence for NaNo Energy & Catalysis Technology (CONNECT) aan de Xiamen Universiteit in Maleisië hebben ontdekt dat een edelmetaalvrije elektrokatalysator de efficiëntie van waterstofproductie uit water verbetert. Ze hebben met succes een zeer efficiënte waterelektrokatalysator ontwikkeld, genaamd WS2/N-rGO/CC. Tijdens elektrolyse levert deze geavanceerde elektrokatalysator opmerkelijke prestaties in de waterstofproductiereactie (HER). Deze elektrode verlaagt de kosten en maximaliseert de efficiëntie van waterstofproductie zonder dure katalysatoren of additieven. Deze ontdekking wordt beschouwd als een verbetering van de elektrochemische activiteit en zal een belangrijke bijdrage leveren aan de nationale initiatieven van Maleisië.
Onderzoekers van het Center of Excellence for NaNo Energy & Catalysis Technology (CONNECT) aan de Xiamen Universiteit in Maleisië hebben een duurzame en efficiënte elektrokatalysator voor water ontwikkeld . Deze is gemaakt van wolframdisulfide (WS2) , een tweedimensionaal materiaal met halfgeleidende eigenschappen. Dit materiaal fungeert als elektronenacceptor of -donor tijdens het elektrolyseproces.
Een zeer geavanceerde elektrokatalysator, bekend als WS2/N-rGO/CC , wordt zorgvuldig vervaardigd op een koolstofdoek (CC). Dit materiaal combineert de buitengewone eigenschappen van gereduceerd grafeenoxide (rGO) met de toevoeging van een kleine hoeveelheid stikstof (N). Dit resulteert in een getransformeerde gereduceerde grafeenoxide-halfgeleider, die een tweedimensionale roosterhalfgeleider vormt.
Het verbranden van waterstofgas als brandstof veroorzaakt geen opwarming van de aarde. Echter, het meeste waterstofgas wordt tegenwoordig gemaakt van fossiele brandstoffen, die wel broeikasgassen uitstoten. Om in de toekomst koolstofneutraliteit te bereiken, is het belangrijk om waterstof te genereren uit schone bronnen, zoals het splitsen van watermoleculen met elektriciteit. Maar de huidige methoden zijn inefficiënt en beperken het praktische gebruik van waterstofgebaseerde technologieën.
Een verbeterde elektrokatalysator verhoogt de efficiëntie van de waterstofgasproductie door middel van elektrolyse. Dit wordt bereikt door de elektrochemische activiteit, het reactieoppervlak en de duurzaamheid te verbeteren.
Door middel van een hydrothermische reactie kan de structuur van tweedimensionaal WS2 worden omgezet in nanoflowers, driedimensionale bloemachtige structuren. Deze nanoflowers bezitten opmerkelijke eigenschappen, waaronder een vergroot oppervlak voor de elektrokatalysator. Hierdoor wordt de efficiëntie van de reactie aanzienlijk verbeterd, wat leidt tot een opmerkelijke toename van de algehele prestaties.
Hoofdauteur van het artikel, Feng Ming Yap , zei: "Het synthetiseren van een zelfdragende elektrode voor de waterstofontwikkelingsreactie bij waterhydrolyse is cruciaal omdat het een fundamentele uitdaging in de productie van schone energie aanpakt. Traditionele methoden zijn vaak afhankelijk van dure katalysatoren en dragers, wat de efficiëntie en schaalbaarheid van waterstofproductie kan beperken."
Hij voegde eraan toe: "Ons werk vertegenwoordigt een belangrijke vooruitgang door de ontwikkeling van een zelfdragende elektrode die niet alleen de elektrokatalytische activiteit verbetert, maar ook een kosteneffectieve en duurzame oplossing biedt voor waterstofproductie." Feng Ming Yap is tevens promovendus aan de School of Energy and Chemical Engineering van de Xiamen University Malaysia in Selangor Darul Ehsan, Maleisië.
WS2/N-rGO/CC wordt beschouwd als een zelfdragende elektrode omdat het de actieve component van de elektrokatalysator, wolframdisulfide, rechtstreeks in de geleidende materialen integreert. Hierdoor is het gebruik van polymeerbindmiddelen of -additieven, die de actieve plaatsen van de katalysator zouden kunnen maskeren of de elektronengeleiding zouden kunnen belemmeren, overbodig. Het resultaat is een gemaximaliseerde reactie-efficiëntie , wat leidt tot verbeterde prestaties.
Om de optimale concentratie dimethylformamide (DMF) te bepalen voor het bereiken van de gewenste metallische 1T-faseovergang van WS2, voerde het onderzoeksteam experimenten uit waarbij verschillende hoeveelheden DMF werden toegevoegd aan de uiteindelijke hydrothermale synthesereactie.
De elektrode gemaakt met een 50% DMF-concentratie in water vertoonde betere kwaliteiten vergeleken met elektroden gemaakt met 0, 25, 75 en 100 procent DMF-oplossingen. Het is dus zeer goed mogelijk dat de edelmetaalvrije elektrokatalysator de efficiëntie van waterstofontwikkeling uit water verbetert.
Zie ook : Zeewater biedt een oneindige voorraad groene waterstof in het licht van zoetwaterschaarste
Projectleider en universitair hoofddocent aan de faculteit Energie- en Chemische Technologie van de Xiamen Universiteit in Maleisië, Wee-Jun Ong , zei: "Onze elektrode kan efficiënt waterstof produceren onder een breed scala aan pH-waarden, waardoor deze veelzijdig en aanpasbaar is voor diverse praktische toepassingen. Het is een stap richting duurzame en efficiënte waterstofproductie, wat essentieel is voor een schonere energietoekomst."
Het belangrijkste is dat de elektrokatalysator op basis van 50% WGC superieure prestaties vertoonde in vergelijking met de platina-referentie-elektrokatalysator, namelijk 20% Pt-C/CC, voor de waterstofproductiereactie (HER) onder zowel zure als basische omstandigheden. Opvallend is dat de 50% WGC een significant lagere overpotentiaal vertoonde, wat wijst op een lagere energiebehoefte voor watersplitsing, vergeleken met de 20% Pt-C/CC. De overpotentiaal voor de 50% WGC werd specifiek gemeten op een indrukwekkende 21.13 mV, terwijl de 20% Pt-C/CC een hogere overpotentiaal van 46.03 mV had.
Volgens het onderzoeksteam kan het belang van de ontwikkeling van kosteneffectieve en energiezuinige elektrokatalysatoren, zoals de 50% WGS, niet genoeg benadrukt worden voor het realiseren van de wereldwijde doelstellingen op het gebied van schone energie. Dit onderzoek is een integraal onderdeel van de nationale initiatieven van Maleisië, met name de National Energy Transition Roadmap (NETR) en de Hydrogen Economy and Technology Roadmap (HETR) . Het doel is om de komende vijf jaar een effectieve bijdrage te leveren aan de duurzame energiedoelstellingen van Maleisië.
"We willen de schaalbaarheid en praktische toepassing van onze zelfvoorzienende elektrodetechnologie onderzoeken. Ons uiteindelijke doel is om bij te dragen aan de transitie naar een duurzaam energielandschap, waarin waterstof een cruciale rol kan spelen als schone en hernieuwbare energiebron", aldus Ong.
Jian Yiing Loh , een onderzoeker van de Xiamen Universiteit in Maleisië, speelde een cruciale rol in het onderzoek dat werd uitgevoerd aan de School of Energy and Chemical Engineering en het Center of Excellence for NaNo Energy & Catalysis Technology (CONNECT) in Selangor Darul Ehsan, Maleisië.
Bron : pH-universele elektrokatalytische waterstofontwikkeling
